perdida de carga (hidraulica)

INTRODUCCION
La pérdida de carga en una tubería o canal, es la pérdida de presión en un fluido debido a la fricción de las partículas del fluido entre sí y contra las paredes de la tubería que las conduce. Las pérdidas pueden ser continuas, a lo largo de conductos regulares, o accidentales o localizadas, debido a circunstancias particulares, como un estrechamiento, un cambio de dirección, lapresencia de una válvula, etc.

OBJETIVOS
Obtener los coeficientes de fricción f y C de las formulas de Weisbach Darcy y Williams Hazen.
Obtener el caudal mediante multiplicación de área de la tubería por su velocidad.
Comparar los resultados prácticos que obtengamos con los teóricos ya evaluados y tabulados.

FUNDAMENTO TEORICO

Pérdida de carga en conducto rectilíneo
Si el flujo esuniforme, es decir que la sección es constante, y por lo tanto la velocidad también es constante, el principio de Bernoulli, entre dos puntos puede escribirse de la siguiente forma:

donde:
 = aceleración de la gravedad;
 = altura geométrica en la dirección de la gravedad en la sección  ó ;
 = presión a lo largo de la línea de corriente;
 = densidad del fluido;
 = velocidad del fluido;
 =perdida de carga;
La pérdida de carga se puede expresar como ; siendo  la distancia entre las secciones 1 y 2; y,  la variación en la presión manométrica por unidad de longitud o pendiente piezométrica, valor que se determina empíricamente para los diversos tipos de material, y es función del radio hidráulico, de la rugosidad de las paredes de la tubería, de la velocidad media del fluido y desu viscosidad.
Expresiones prácticas para el cálculo
Existen diversos métodos, obtenidas empíricamente, para calcular la pérdida de carga a lo largo de tuberías y canales abiertos:
Ecuación de Darcy-Weisbach.
Fórmula general
La forma general de la ecuación de Darcy-Weisbach es:

siendo:
 = pérdida de carga debida a la fricción. (m)
 = factor de fricción de Darcy. (adimensional)
 = longitud de latubería. (m)
 = diámetro de la tubería. (m)
 = velocidad media del fluido. (m/s)
 = aceleración de la gravedad ≈ 9,80665 m/s²2 .

Fórmula en función del caudal
La fórmula de Darcy–Weisbach puede ser escrita, en función del caudal  , como:

La fórmula de Darcy–Weisbach puede ser re-escrita en el formato estándar de pérdida de carga como:

o simplificando por el valor estándar de  parael sistema internacional de unidades
Siendo:




La pérdida de carga por rugosidad hidráulica
Para comprender el concepto de Rugosidad Hidráulica, se deben considerar las siguientes observaciones:
la viscosidad del fluido es uniforme a través del sistema de tubería. Esta magnitud física solo es afectada directamente por la temperatura del mismo fluido;
la temperatura del fluido es uniforme através del sistema de tuberías, mientras circula a través del sistema de tuberías;
los efectos combinados de la viscosidad y de la temperatura no ejercen influencia sobre el comportamiento físico del flujo en el sistema de tuberías.
La “rugosidad hidráulica”, en su nueva concepción debe ser igual a:

Reescribiendo la fórmula de la pérdida de carga hidráulica o de energía, esta toma la forma:(2)
Que es la forma reducida de la fórmula de la pérdida de carga hidráulica o de energía, presentada en (1).
Factor de fricción 
El factor de fricción  es adimensional y varía de acuerdo a los parámetros de la tubería (rugosidad y diámetro) y del tipo de flujo (número de Reynolds).
Para flujos laminares
Como consecuencia de la Ley de Poiseuille,  se relaciona con el número de Reynolds ()como:


Para flujo en transición y turbulento
Para un número de Reynolds 2300 4000, en el régimen de flujo turbulento, muchos investigadores se han esforzado en calcular  tanto a partir de resultados de experimentos propios como de resultados obtenidos por otros investigadores.

Tabla resumen
Régimen
Coeficiente de fricción
Dependencia
Laminar


Turbulento liso


Turbulento...